飞机液压系统管路变工况动态响应特性分析.pdf

液压气动与密封/2 0 2 4 年第2 期doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.02.011飞机液压系统管路变工况动态响应特性分析王炳坤（西安航空职业技术学院航空维修工程学院,陕西西安7 10 0 8 9）摘要：飞机液压管路处于大功率、变工况状态下极易出现管路内部振动的现象，从而影响飞机液压系统动态响应的稳定性，为了抑制变工况下飞机液压管路振动带来的影响，在飞机液压管路系统结构和动力学分析的基础上，建立了变工况下飞机液压管路的等效数学模型，对液压管路系统动态响应进行影响分析，采用支撑优化策略对振动特性影响进行优化，继而提升飞机液压管路系统的动态响应能力，在建立的动态响应试验环境中对动态响应优化进行验证，实验结果分析验证了液压管路动态响应特性和支撑优化策略的可行性和稳定性。关键词：液压管路；振动；工况；分析中图分类号：TH137;V267Analysis on Dynamic Response Characteristics of Aircraft HydraulicSystem Pipeline Under Different Working Conditions(Xian Aeronautical Polytechnic Institute,School of Aviation Maintenance Engineering,Xian 710089,China)Abstract:The internal vibration of aircraft hydraulic pipeline is very easy to occur under high power and variable working conditions,whichaffects the stability of dynamic response of aircraft hydraulic system.In order to suppress the impact of aircraft hydraulic pipeline vibrationunder variable working conditions,an equivalent mathematical model of aircraft hydraulic pipeline under variable working conditions isestablished on the basis of structural and dynamic analysis of aircraft hydraulic pipeline system,The influence analysis of the dynamic responseof the hydraulic pipeline system is carried out,and the support optimization strategy is used to optimize the influence of the vibrationcharacteristics,and then the dynamic response capability of the aircraft hydraulic pipeline system is improved.The dynamic responseoptimization is verified in the established dynamic response test environment.The analysis of the experimental results verifies the feasibility andstability of the dynamic response characteristics of the hydraulic pipeline and the support optimization strategy.Key words:hydraulic pipeline;vibration;working condition;analysis0引言随着航空工业技术的发展和产业化，飞机的液压系统越来越智能化、标准化以及复杂化 。飞机的液压系统是飞机不可或缺的重要功能系统，其保障整个飞机安全正常的飞行、着陆，液压系统由很多部件构成，内部非常的复杂，不仅有各种传感器、阀体、液压执行部件，还有液压管路、智能芯片控制单元等，尤其是液压系统管路具有高压、强耦合、支路收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 9基金项目：陕西省教育厅2 0 2 2 年度青年创新团队建设（2 0 2 1-KJB07)作者简介：王炳坤（19 9 0-），男，山东临沂人，讲师，硕士，研究方向：飞机机电设备维修。58文献标志码：A文章编号：10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 2-0 0 5 8-0 4WANG Bing-kun多等特点 2 飞机液压系统极其容易产生振动失效的问题，导致飞机稳定性下降。针对液压系统的管路问题，进行了很多的研究工作,其中,文献 3 针对某型飞机液压管路接头脱出及支架断裂的故障问题，建立了管道有限元动力学模型，进行了管道流量冲击响应分析，提出了对吸油模块和支架的刚度进行强化处理的改进措施，最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和可靠性;文献 4 确立对在周期性脉动流体作用下飞机液压管道的振动特性进行研究的方向，建立流体脉动压力影响液压管路振动特性的数学模型，利用有限元软件ANSYS建立某型飞机液压管路的三维模型，分析了不同管道材料和流体脉动因素对管路系统振动特性的影响。本研究以飞机液压管路变工况下动态响应特性为研究点，利用动力学分析方法和支撑优化策略对振动Hydraulics Pneumatics&Seals/No.2.2024特性影响进行优化，并在变工况实验环境下进行实验的响应,无论是从多阶模态特征还是整个系统的波动验证,结果表明液压管路动态响应特性和支撑优化策频率,具有快速的动态响应能够识别到液压管路的变略的可行性和稳定性。化，从整个飞机液压系统识别管路裂纹能够具有更为准确的故障特征值。1飞机液压管路动力学分析液压管路系统极易受到来自内部循环液压冲击力飞机液压管路非常容易受到外界气流、着陆摩擦和外部的环境压力冲击，内部循环压力的冲击压力值和液压管路内部流体流动的影响，尤其是变工况状态会在液压管路内壁和泄漏区域形成压力差,持续的冲下的飞机液压管路的振动多样耦合现象尤其严重。飞击液压管路 8-9 。与此同时，飞机液压管路的内部受机液压管路带来的振动从而形成裂纹，导致更为不稳力状态反馈将减弱，尤其是在变工况下，产生的这种具定的损害，为了获取飞机液压管路的动态响应特有横纵向高低压力的冲击波将持续造成管路损坏,其征 5-6 ，假设飞机液压管路在理想可控的范围内，末端内部的受力反馈以及受力状态将很难传输到整个飞机固定抓力,平面内液压管路有弯曲微小的震动，低频状液压系统中进行管路裂纹、泄漏的故障监测，极大地影态下的截面转动惯量忽略不计，其动力学方程如下响了整个系统的动态响应能力，如图2 所示。所示：L.F,-A.gi-Fu,sin(-)xaL.F(L-L)F,其中,A,Fx,Fy,Fx分别表示流体面积、液压管路纵向节点压力、横向节点压力、外部压力；L，L，x a，r y b分别表示液压管路截面长度、流体末端路径长度、液压管路内径和外径;,gt分别表示横向截面转动角、纵向截面转动角、流体中轴上转动角、流体中轴下转动角、液压管路壁面应力系数，见图1。gt图1飞机液压管路动力学在获取飞机液压管路动态平衡相关系数，在理想的形变过程中忽略流体微元在截面上的运动，如上述飞机液压管路动力学描述的，在一定的转动惯量和外部压挤力下,其动态形变的特征很显著，能够体现在不同压强下,对液压管路壁面形成一定的张力，从而影响其动态响应特性 7 。2动态响应影响分析液压管路在受到内外部的压力振动需要能够快速=0=0ay(1)LsB0LFimolFinoFisoFinl图2 飞机液压管路受力分析在液压管路内部循环压力的持续冲击下，不断地突破液压管路的内层和外层,其中，内部循环压力Fino，Fin在流体介质速度不断地变化,压力差不断地增大后形成更具冲击力的外层循环压力Fiso，Fi s l。而外部的环境压力Fimo,Fiml通过不同的介质可以在一个周期内同时冲击液压管路系统。一针对飞机液压管路的动态响应，其支撑参数也同样具有很大的影响，尤其是支撑部件的布局和结构在管路系统动态化参数优化中提高灵敏性、抑制震荡，如图3 所示。在外部激励信号的作用下，液压管路内部输出压力的幅值变化可以描述成：PoPlP2-PsH,L。SPu+PaPH.Lm其中,Pso,Psl,P2,P3,P4,Ps分别表示内部模拟激励、外部模拟激励、随机激励、环境介质波动激励、脉动激励以及耦合激励;LmL。，L 分别表示3 路分支管路流体速度;H,H,H分别表示脉动突变均值。59/Fis2FisiFiml(H,-H,)LkP.s-Pa(Lm-L)H)(2)机液压系统液压管路支撑优化结构参数段。LmPS液压气动与密封/2 0 2 4 年第2 期PHsLo图3飞机液压管路动态响应3支撑优化策略控制支撑是飞机液压管路系统非常重要的影响因素，时刻改变着液压管路的振动特性,在实际的多阶模态特征中,液压管路支撑的刚度、点位以及角度在横纵向运动过程中全局波动,裂纹以及泄漏的出现可能性较大 0 。由此需要对液压管路进行支撑参数的优化进行控制,通过对比不同固有频率段内的支撑参数性能表现能够优化支撑位置带来的动态影响如图4 所示。在利用支撑参数优化策略的时候，需要对支撑参数进行定量规划，首先，对飞机液压管路系统的输入信号进行滤波处理,通过设置滤波信号样本池，在一个规定的滤波周期内进行单位间隔时间的采样滤波后输出已滤波好的信号,随后判断其有效性和合理性 ,针对关键的多阶模态信号进行一致性判断；其次在进行支撑参数优化过程中采用的定量规划分段处理，划分成Zu,Zu2,Zu3,Zu4,Zus,Zu6 段,其中,随着外部环境的干扰加强，支撑优化对参数目标定量规划需要不停地送代,这样一方面会消耗整个飞机液压系统的计算资源,另一方面会导致支撑参数的优化周期过长，计算精度下降，因此在支撑优化过程中，将外部干扰源进行定点识别后，将信号传输到屏蔽层，利用等效支撑系数分段描述飞机液压系统管路的灵敏度，如下所示：Zu+Zu2-Zu4m _ Pu_ Pe.(Po+Pa-Pu)P.lZu+Zu4+ZusZi2+Zu3-ZusZm+Za+Zu6Zu3+Zus-Zu6(Z+Zu4+Zus其中，Zu，Zu,Zu s 分别表示飞机液压系统液压管路支撑优化布局参数段；Z2，Zu 4，Zu 分别表示飞60ZulPs4PHfPs4Ps3HgPLk-Ps_ Pe.(P.I+Pu-Ps)P.Ps_ Pu.(Pa+Ps-Pa)Pu21Ps2Ps1Pso图4 液压管路动态响应支撑优化4i试验分析利用dSPACE变工况注人模拟装置和飞机液压管路台架为实验主体设备，设计3 路信号采集电路和工控机,对飞机液压管路的动态响应特性进行验证分析。其中，在液压管路实验台架中加装了伺服电机和相关的阀体，工控机负责控制相关执行器件的执行，dSPACE装置负责变工况的模拟，信号采集卡将采集相关的性能试验信号，如图5 所示。阀体伺服电机液压管路采集卡工控机图5 飞机液压管路试验台架600支撑优化后优花前50040030020041F358.191000图6 飞机液压管路动态响应试验结果(3)对于变工况状态下飞机液压管路动态特性试验，采取长周期对比支撑优化前后的试验结果,从图6 液压管路应力回馈值可以看出，在实验初期，通过快速的TZu4412=307.33100200时间/sZusLu6t工况注入模拟装置413=89.98300400Hydraulics Pneumatics&Seals/No.2.2024注入外部压力和管路接头震动，优化前的应力反馈出参考文献现大幅的震荡，没有真实的表现出飞机液压管路的模1彭飞良,陈果，寸文渊，等.某飞机液压管路的流量冲击响态特征，随着外部的负荷加大、接头处的摩擦外力扰动应分析及故障诊断 J.液压气动与密封，2 0 19,3 9（7）：6 2加剧后，支撑优化策略开始逐步的对动态响应进行优-70.化,能够在误差值达到3 0 7.3 3 后的一个滤波周期内进2王鸿鑫.飞机液压管路系统振动应力测试研究 J.民用飞机设计与研究，2 0 12（2）：3 2-3 4,3 9.人平稳响应阶段，利用伺服电机和工况模拟装置，快速3 李晶，王康景，耀保，等.周期性脉动流体对飞机液压管模拟了飞机发动机的激励信号，其液压管路的应力反路振动特性的影响 J.机床与液压,2 0 14,4 2(11):5-8.馈迅速上升，经过支撑优化后趋于5 0 0 MPa的应力反4韩波，王纪森，胡建龙，等.飞机液压系统热载荷仿真分析馈值，整个动态响应阶段液压管路系统处于快速响应、J.液压气动与密封,2 0 13,3 3（8):13-16.误差控制极好的稳定状态，可以为飞机液压系统提供5罗艳彦，王新民，孙文娇，等.液压管路对系统热载荷的影较为真实准确的管路动态信息，更加精确的监测液压响分析 J.液压气动与密封,2 0 13,3 3（9）：3 6-3 9.管路的泄漏裂纹等故障，从而实现飞机液压管理系统6周红，刘永寿，邵小军，等.飞机液压管路冲击响应分析变工况稳定性控制目标。J.航空计算技术,2 0 10,4 0(4):1-3.7李鑫，王少萍.基于卡箍优化布局的飞机液压管路减振分5结论析 J.振动与冲击,2 0 13,3 2(1):14-2 0.8齐晓燕，陆清.基于ANSYS的飞机液压管路系统流固耦合飞机液压管路是飞机液压系统的重要部件，对其分析 J.液压与气动,2 0 15（10）：7 1-7 4.进行动态特性分析是保障飞机稳定性的关键措施。本9徐敏.飞机液压管路水击理论模型及减轻措施 J.中国研究以飞机变工况下的液压管路振动缺陷为研究方科技信息,2 0 19(13）：4 6-4 7.向,在飞机液压管路系统结构和动力学分析的基础上，10王立文,刘强,霍金鉴，等.基于概率神经网络的液压管路通过对液压管路系统动态响应进行影响分析，采用支泄漏故障程度识别 J.机床与液压，2 0 2 0,4 8（4）：15 9撑优化策略抑制振动，从而提升液压管路动态响应能-164.力，进而提升飞机液压系统的稳定性，并通过实验进行11权凌霄,赵文俊,付旭鹏.飞机液压管路支撑的2 自由度动了验证,为今后飞机液压管路动态特性和故障诊断提力学模型研究 J.噪声与振动控制，2 0 19,3 9（2）：7 0-供参考。75,80.引用本文：王炳坤.飞机液压系统管路变工况动态响应特性分析 J.液压气动与密封，2 0 2 4,4 4（2）：5 8-6 1.WANG Bingkun.Analysis on Dynamic Response Characteristics of Aircraft Hydraulic System Pipeline Under Different Working ConditionsJ.Hydraulics Pneumatics&Seals,2024,44(2):58-61.+一+.+液压气动与密封杂志2 0 2 4 年广告征集启事液压气动与密封杂志是中国液压气动密封件工业协会的会刊、中国科技核心期刊,是PTC ASIA展会的指定宣传媒体。杂志发行量大、发行领域宽、发行渠道广、读者群体多，并有微信公众号、视频号、网站、电子刊等平台为客户提供增值服务，是企业展示形象和宣传产品的理想载体。杂志的“企业之声”栏目及时报道行业和企业新动态、新技术、新工艺和资讯等，助推液压、液力、气动和密封行业的旗舰企业，得到企业的欢迎和读者的一致认可。杂志多渠道发行：邮局订阅发行；行业主管部门、企业经理、销售经理、行业专家跟踪发行；各主机企业、上下游用户定向发行；行业展会、主机行业展会、国内外相关展会现场发行。欢迎各企业刊登广告。联系人：黎平电话:[phone] E-mail:lip 61